Vozdushni Start, lansând rachete din aer - Eureka
Blogul lui Daniel Marín
Ideea de a lansa rachete spațiale de pe un avion este destul de veche. În ultimele decenii au fost concepute zeci de proiecte capabile să pună sateliții pe orbită folosind sisteme de lansare a aerului, dar numai Pegasus XL de la compania nord-americană Orbital a reușit să vadă lumina. Și de ce această obsesie cu această metodă curioasă? Foarte simplu, deoarece picăturile de aer sunt o modalitate destul de elegantă de a minimiza pierderile de energie ale unui lansator. Să vedem pe scurt cum.
Când lansăm o rachetă în spațiu, există mai mulți factori care penalizează performanța vehiculului. Cea mai importantă se datorează pierderilor gravitaționale, adică energiei pe care racheta trebuie să o investească în părăsirea puțului gravitațional al Pământului. Cu cât petrecem mai mult timp accelerând racheta la viteza orbitală, cu atât pierderile sunt mai mari, motiv pentru care sistemele de lansare cu tracțiune mai mare în primele etape sunt mai eficiente. În general, o rachetă pierde între 1 km/s și 1,5 km/s luptând împotriva gravitației Pământului, așa că trebuie să transporte mult mai mult combustibil decât ar avea nevoie dacă ar accelera de la zero departe de un puț de gravitație. Pentru a reduce acest factor, ideal ar fi ca racheta să rămână pe o cale verticală pentru cel mai scurt timp posibil și să adopte o poziție orizontală imediat ce decolează, dar această cerință intră în conflict cu un alt factor, cum ar fi fricțiunea atmosferică.
Și este faptul că frecarea atmosferică este o altă problemă de luat în considerare, deși apare circumstanța curioasă că rachetele mai mari sunt mai puțin afectate decât cele mici (frecarea depinde de suprafață, dar masa rachetei depinde de volum). În ciuda faptului că fricțiunea atmosferică nu provoacă pierderi de energie foarte grave (aproximativ 150 m/s), forțează lansatoarele să fie proiectate în așa fel încât să fie capabile să reziste la căldură și solicitări care apar în timpul trecerii prin presiune dinamică (Max Q), cerințe care duc la creșterea masei finale a sistemului. Pentru a reduce pierderile de energie din cauza fricțiunii, rachetele urmează o traiectorie verticală până la lăsarea în urmă a majorității atmosferei Pământului și abia apoi își schimbă traiectoria până la atingerea orizontalei, mai eficientă pentru a minimiza pierderile cauzate de gravitația Pământului.
Al treilea factor de pierdere a eficienței energetice este cel cauzat de lansarea unei rachete de la o bază situată la alte latitudini decât ecuatorul. Idealul într-o lansare orbitală este de a profita din plin de rotația Pământului pentru a crește sarcina utilă a vehiculului (cu excepția cazului în care vrem să ajungem pe o orbită polară). Și dacă vrem să ajungem pe orbita geostaționară (unde se află afacerea de lansare a satelitului), atunci suntem extrem de interesați să profităm de această mică împingere suplimentară pe care ne-o oferă Pământul. Dacă decolăm de la ecuator, putem oferi rachetei noastre încă 300-400 m/s.
Prin urmare, dacă lansăm o rachetă dintr-un plan subsonic la o înălțime de 10 kilometri, putem reduce semnificativ toate aceste pierderi. Înălțimea mai mare de lansare înseamnă pierderi gravitaționale mai mici și densitatea atmosferică mai mică reduce frecarea frecvenței (un alt avantaj suplimentar al densității mici este că duzele motoarelor din prima etapă pot fi proiectate mai eficient). În plus, avionul poate lansa racheta chiar de la ecuator, dacă dorim, deși putem profita de fapt de orice orbită posibilă. În acest caz, limitările se concentrează asupra infrastructurii terestre (stații de monitorizare, reglementări de securitate, aeroporturi de plecare etc.).